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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Regelung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 (
DE 39 19 108 A1 ).
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Bei der Einrichtung zur Regelung
der Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise aus
der
DE 34 16 369 A1 bekannt, – häufig auch Geschwindigkeitsregelanlagen
genannt – wird
die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Vergleich der Istgeschwindigkeit
mit einer Sollgeschwindigkeit weitgehend konstant gehalten. Beim Übergang
vom Fahren mit dem Fahrpedal auf den geregelten Betrieb, also beim
Einschalten der Regelung, kann mittels eines Tastendrucks der jeweils
vorhandene Wert der Istgeschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit gespeichert
werden. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit Geschwindigkeitsregelanlagen
als Setzen bezeichnet.
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Bei bekannten Geschwindigkeitsanlagen (
EP 0 071 702 A1 ist
ein Zähler
als Speicher für
die Sollgeschwindigkeit vorgesehen, der beim Setzen solange zugeführte Taktimpulse
zählt,
bis die Differenz zwischen einem die Stellung der Drosselklappe darstellenden
Signal und der Stellgröße 0 ist.
Dadurch wird erzielt, daß die
Regelung mit einer Drosselklappenstellung beginnt, die derjenigen
im Moment des Setzens entspricht.
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Je nach Fahrzustand kann diese Drosselklappenstellung
jedoch von der für
eine Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit erforderlichen Drosselklappenstellung
abweichen. Dieses ist beispielsweise dann der Fall, wenn vor dem
Setzen zu Zwecken des Beschleunigens oder Verzögerns des Kraftfahrzeugs eine
Stellung des Fahrpedals vorliegt, die von einer zur Einhaltung der
Geschwindigkeit erforderlichen Stellung abweicht. Überdies
kann die Drosselklappenstellung, die als Ausgangsbasis für die Regelung übernommen
wurde, von derjenigen im Moment des Setzens abweichen, wenn der
Fahrer während
des Setzens die Fahrpedalstellung ändert.
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Gemäß der
DE 39 19 108 A1 ist ein
Verfahren zur Steuerung eines die Motorleistung beeinflussenden
Betriebsparameters eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem zum
Zeitpunkt des Einschaltens der Geschwindigkeitsregelung aus der
Stellung eines Leistungsstellgliedes des Motors ein Korrekturwert
bestimmt wird, mit welchem das von einer Steuereinheit bestimmte
Regelsignal korrigiert wird.
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Gemäß der
US-PS 4,928,780 ist ein
Geschwindigkeitskontrollsystem bekannt, bei welchem der mechanisch
bedingte Offset zwischen dem Leistungsstellglied und dem Antriebselement
gemessen und als Korrekturwert bei der Geschwindigkeitsregelung
berücksichtigt
wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, beim Einschalten der Regelung das Leistungsstellglied des
Motors möglichst
genau in diejenige Stellung zu bringen, die für eine Weiterfahrt mit der
Sollgeschwindigkeit erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil,
daß nach
dem Setzen der Geschwindigkeit kein Einschwingen des Regelkreises
erforderlich ist, da das Leistungsstellglied nicht erst von einer
abweichenden Stellung mit Hilfe des Regelkreies in die für eine Fahrt
mit konstanter Geschwindigkeit erforderliche Stellung gebracht werden
muß. Je
nach Art des Motors des Kraftfahrzeugs kann das Leistungsstellglied
die Drosselklappe, der Regler einer Dieseleinspritzpumpe oder der
Regler eines Elektromotors sein.
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Eine Abweichung des Leistungsstellgliedes von
der gewünschten
Stellung als Folge von kurzfristigen Veränderungen der Fahrpedalstellung
vor dem Setzen wird unwirksam gemacht. Vorzugsweise erfolgt dabei
die Filterung mit einem FIR-Filter.
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Es kann durchaus auch ausreichend
sein, wenn die Filterung mit einem Übertragungsglied mit einer
Totzeit und vorzugsweise mit begrenzter Flankensteilheit erfolgt.
Ein derartiges Übertragungsglied kann
beispielsweise in einfacher Weise mit einem Zähler realisiert werden. Bei
Bedarf können
die Zeitkonstanten für
das Auf- oder Abregeln verschieden gewählt werden.
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Bei einer anderen Weiterbildung der
Erfindung wird eine Abweichung von der gewünschten Drosselklappenstellung
als Folge einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs dadurch
vermieden, daß der
Vorsteuerwert von der jeweils vorhandenen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
abhängig
ist. Diese Weiterbildung kann auch in vorteilhafter Weise mit der
Filterung des der Stellung des Leistungsstellgliedes entsprechenden
Signals (Drosselklappensignals) kombiniert werden.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht
vor, daß das mechanische Spiel zwischen dem Leistungsstellglied
und einer Antriebseinrichtung für das
Leistungsstellglied, welcher die Stellgröße zugeführt wird, gemessen wird und
daß der
Vorsteuerwert entsprechend korrigiert wird. Hierdurch wird eine
weitere Erhöhung
der Genauigkeit der zu Zwecken einer konstanten Geschwindigkeit
erforderlichen Drosselklappenstellung erreicht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Erfindung möglich.
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Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen
zu. Eine davon und mehrere Beispiele für Filterverhalten bzw. Filter
sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt
und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
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2 ein
Zeitdiagramm einer Sprungantwort des Filters im Fall einer weitgehenden
Annäherung an
das Fahrzeugverhalten,
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3a die
Sprungantwort eines vereinfachten Filters,
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3b die
Sprungantwort eines Übertragungsgliedes
mit einer begrenzten Flankensteilheit und einer Totzeit,
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4 ein
Beispiel für
ein FIR-Filter, das für die
erfindungsgemäße Einrichtung
geeignet ist.
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Bei dem Blockschaltbild nach 1 sind die zur Erläuterung
der Erfindung erforderlichen Funktionen als einzelne Blöcke dargestellt,
während
die Funktionen der bekannten Geschwindigkeitsregelanlagen stärker zusammengefaßt sind.
Die Darstellung als Blockschaltbild wurde der Anschaulichkeit halber gewählt. Eine
Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung
erfolgt jedoch vorzugsweise mit einem digitalen Steuergerät, das einen
Mikrocomputer enthält,
der entsprechend programmiert ist.
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Das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
enthält
einen Regler 1, der die jeweilige Istgeschwindigkeit vi mit einer in einem Speicher 2 abgelegten
Sollgeschwindigkeit vs vergleicht und die
somit ermittelte Stellgröße einer
Antriebseinrichtung 3 für dir
Drosselklappe 4 zuführt.
Die Stellung der Drosselklappe 4 wird mit Hilfe eines Potentiometers 5 in
ein elektrisches Signal umgewandelt, das dem Steuergerät 10 zugeführt wird.
Einem Eingang 6 des Steuergerätes 10 werden sogenannte
Tachoimpulse zugeführt,
deren Frequenz proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Diese
werden in einer an sich bekannten Wandlerschaltung 7 in
ein die Geschwindigkeit darstellendes digitales Signal umgewandelt
und dem Regler 1 zugeführt.
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An den Regler 1 ist ferner
ein Fahrpedal 8 angeschlossen, dessen Stellung im Fall
der abgeschalteten Regelung als Stellgröße der Antriebseinrichtung 3 zugeführt wird.
Zum Einschalten der Geschwindigkeitsregelung wird einem weiteren
Eingang 9 des Steuergerätes 10 ein
Signal zugeführt,
das einerseits den Regler einschaltet und andererseits den Speicher 2 zur
Speicherung der gerade vorhandenen Istgeschwindigkeit veranlaßt.
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Das vom Potentiometer 5 abgegebene
Signal wird über
einen Analog/Digital-Wandler 11 einem Filter 12 zugeführt. Dieses
stellt im wesentlichen die Übertragungseigenschaften
des Kraftfahrzeugs mit der Drosselklappenstellung als Eingangsgröße und der
Geschwindigkeit als Ausgangsgröße dar.
Zur erfolgreichen Realisierung der Erfindung genügt es jedoch im allgemeinen
diese Übertragungsstrecke
näherungsweise
nachzubilden. Einzelheiten dazu werden später im Zusammenhang mit den 2 bis 4 erläutert.
Durch den Tiefpaßcharakter
des Filters 12 werden bei der Ableitung des Vorsteuerwertes
quasi zufällige
kurzzeitige Drosselklappenstellungen nur in verringertem Umfang
berücksichtigt.
Damit befindet sich am Ausgang des Filters 12 ein Signal
df, welches die für eine Fahrt mit konstanter
Geschwindigkeit erforderliche Drosselklappenstellung darstellt.
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Durch das Filter 12 wird
allerdings noch nicht eine länger
anhaltende abweichende Drosselklappenstellung berücksichtigt,
welche vor dem Setzen dazu erforderlich war, das Kraftfahrzeug auf
die gewünschte
Geschwindigkeit zu beschleunigen bzw. zu verzögern, und im Moment des Setzens
noch anliegt. Dieses wird durch eine Korrektur des Ausgangssignals
des Filters 12 in Abhängigkeit
von der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ausgeglichen. Dazu wird die
Geschwindigkeit bei 13 differenziert, so daß sich die
Beschleunigung a ergibt. In einer Tabelle 14 sind Vorsteuerwerte,
welche dem Regler 1 zugeführt werden, in Abhängigkeit
von der Beschleunigung a und der gefilterten Drosselklappenstellung
df abgelegt.
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2 zeigt
eine Sprungantwort des Filters 12, die etwa dem Fahrzeugverhalten
entspricht. Eine Möglichkeit
zur Bildung des Filters 12 (1)
besteht in einem FIR-Filter (auch nichtrekursives Filter genannt),
von welchem ein Beispiel in
4 dargestellt ist.
Von einem Eingang 21 des Filters wird das zu filternde
Signal mit verschiedenen Koeffizienten b0 bis b4 Addierern 22, 23, 24, 25 zugeführt, wobei
von Addierer zu Addierer jeweils eine Verzögerung z–1 erfolgt.
Am Ausgang 26 kann das gefilterte Signal entnommen werden.
Das in 4 gezeigte Filter
ist ein Filter vierter Ordnung. Durch eine geeignete Wahl der Koeffizienten
und der Größe der Verzögerungen sowie
der Filterordnung kann das Filter in geeigneter Weise an den jeweiligen
Anwendungsfall angepaßt werden.
Vorteilhaft ist, daß viele
Koeffizienten bedingt durch die Totzeit zu 0 werden.
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Zu einer vorteilhaften Realisierung
der Erfindung genügt
jedoch durchaus eine Annäherung
gemäß 3a oder 3b. Erstere kann man mit einem FIR-Filter
geringeren Aufwands realisieren, während letztere in einfacher
Weise mit Hilfe eines Zählers dargestellt
werden kann, dessen Inhalt das Ausgangssignal bildet und der von
einem Inhalt, der der Drosselklappenstellung vor einem Sprung entspricht, bis
zu einem durch das Signal nach dem Sprung bedingten Wert aufwärts bzw.
abwärts
zählt,
wozu geeignete Taktimpulse zugeführt
werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird
ferner das mechanische Spiel zwischen der Antriebseinrichtung 3 und
der Drosselklappe 4 bzw. dem Potentiometer 5 berücksichtigt.
Dazu wird dieses Spiel als Abweichung der Stellgröße gemessen und
in einem nichtflüchtigen
Speicher 15 (1)
abgelegt. Da sich das Spiel nur selten ändert, beispielsweise bei Reparatur
oder Einstellarbeiten, genügt eine
Ermittlung des Spiels bei der erstmaligen Inbetriebnahme des neuen
Kraftfahrzeugs oder nach Wartungsarbeiten. Dazu ist im Regler ein
Programm vorgesehen, das im Fall eines Befehls zum Setzen über den
Eingang 9 während
der Leerlaufstellung des Gaspedals bzw. der Drosselklappe 4 diejenige Stellgröße im nichtflüchtigen
Speicher 15 ablegt, die sich ergibt, wenn sich nach dem
Einschalten der Regelung die Drosselklappe 4 zu öffnen beginnt.
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Sicherheitshalber ist für diese
Messung ein Zeitfenster vorgesehen, damit lediglich Betriebszustände erfaßt werden,
welche unmittelbar nach dem Einschalten der Regelung im Leerlaufbetrieb
zu einem Aufregeln führen.
Da trotzdem Fehlmessungen nicht ausgeschlossen sind – beispielsweise
dadurch, daß der
Fahrer sofort nach dem Setzen Gas gibt –, können mehrerer Messungen hintereinander
durchgeführt
werden und nur dann ein Wert in den nichtflüchtigen Speicher 15 eingeschrieben
werden, wenn die Messungen nicht wesentlich voneinander abweichen.
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Da die bekannten nichtflüchtigen
Speicher (EEPROM) während
ihrer Lebensdauer keine beliebige Anzahl von Lösch- und Speichervorgängen zulassen,
werden nur Meßwerte
in den nichtflüchtigen Speicher
eingeschrieben, die sich wesentlich von dem zuvor abgelegten Wert
unterscheiden. Damit wird eine Veränderung des Speicherinhalts
nur vorgenommen, wenn es nötig
ist.